ساخت و مشخصه یابی نانوکامپوزیت متخلخل niti-tin به روش سنتز احتراقی
چکیده
در سال های اخیر آلیاژهای حافظه دار niti متخلخل (pnt) به دلیل خواص مکانیکی منحصربه فرد و سازگاری زیستی خوب به عنوان ماده زیستی مناسب برای استفاده در کاشتنی های ارتوپدی و دندانی توجه زیادی را به خود جلب نموده اند. ساختار متخلخل این مواد امکان شکل گیری و رشد درونی بافت استخوانی جدید را فراهم می آورد. بااین حال وجود حفرات می تواند به عنوان عامل تضعیف کننده خواص مکانیکی عمل کرده و کاربرد این مواد را در کاشتنی های بافت سخت و تحت بارگذاری سنگین با محدودیت مواجه کنند. امکان فرسایش در سطوح تحت بارگذاری در این مواد، چالش مهم دیگری برای چنین کاربردهایی محسوب می شود. مطالعات گسترده نشان داده اند که افزودن مقادیر اندکی از نانوذرات سرامیکی درون زمینه می تواند باعث استحکام بخشی زیاد و افزایش مقاومت سایشی ترکیبات بین فلزی شود ولی تاکنون افزودن نانوذرات به زمینه آلیاژهای pnt گزارش نشده است. اولین هدف این پژوهش، تولید niti متخلخل با استفاده از فرایند سنتز احتراقی فعال شده مکانیکی(mashs) می باشد. هدف دوم این تحقیق، تولید نانوکامپوزیت های متخلخل niti-tin با بکارگیری پارامترهای بهینه سازی شده در فرایند mashs می باشد. برای دست یابی این اهداف، مخلوط واکنشگرهای مختلفی از پودرهای فعال سازی شده عناصر ni وti و حاوی مقادیر متفاوت از نانوذرات tin (شامل 0 ، 5 و 10 درصدوزنی) برای سنتز احتراقی در اتمسفر آرگون (نیتروژن) تهیه شدند. در ادامه اثر پارامترهای گوناگون همچون زمان آسیاب کاری، عامل کنترل فرایند(pca)، چگالی خام و دمای پیشگرم بر رفتار موج احتراق و خواص محصولات مورد بررسی قرارگرفت. نتایج آزمایشگاهی نشان داد، فعال سازی مکانیکی منجربه ایجاد جبهه احتراق پایدار و محصولاتی متخلخل با ریزساختار ظریف و همگن خواهد شد اما آسیاب کاری بیش از حد باعث تغییر مکانیزم واکنش به احتراق در حالت کاملاً جامد و استحکام ناکافی محصولات نهایی می شود. استفاده از پراش پرتو ایکس(xrd) و طیف سنجی انرژی پرتوایکس (eds) نشان داد ترکیبات b2-niti و b19-niti به عنوان فاز اصلی در کلیه نمونه ها و همراه با مقادیری از فازهای ثانویهni3ti و niti2 حضور دارند. اندازه گیری تخلخل با استفاده از روش توزین در مایع نشان داد تخلخل کلی محصولات بین (42 تا 59 درصدحجمی) و با ضریب تخلخل باز بین (61 تا 91 درصد) می باشد. ساختار حفرات نیز به کمک میکروسکوپی الکترونی روبشی(sem) بررسی و ابعاد اکثر حفرات در محدوده (?m600-100) تعیین شد. همچنین مشخص شد دمای پیشگرم اثر چشمگیری بر مورفولوژی حفرات و مقدار فازهای ثانویه دارد. خواص مکانیکی محصولات منتخب با استفاده از آزمون فشار تک محور ارزیابی شد و نتایج نشان داد استحکام فشاری نهایی نانوکامپوزیت متخلخل niti-5%tin حدود 55 % بیشتر از نمونه niti بدون فاز تقویت کننده می باشد در حالی که افزودن 10 % نانوذرات tin باعث افزایش مدول الاستیک، کاهش استحکام و تردی شدید محصول نانوکامپوزیتی شد. گرچه محصول pnt تولیدی در این پژوهش از جنبه تخلخل و خواص مکانیکی واجد شرایط مورد نیاز برای کاشتنی های زیستی-پزشکی بود ولی برای کاشتنی های ارتوپدی تحت بارگذاری سنگین و به عنوان کاندیدی جدید، صرفاً نانوکامپوزیت niti-5%tin قابل توصیه می باشد.